半导体中纳米尺度电荷动力学的超快电子显微术
介观与纳米尺度物理
2026-01-30 v1 应用物理
摘要
固体中载流子的超快动力学在新兴光电子学、光子学、能量收集与量子技术应用中有着关键作用。然而，由于载流子演化的纳米-飞秒时空尺度，对此类非平衡输运现象的探究与直接可视化仍是一项长期挑战。在此，我们提出并演示了一种新颖的相互作用机制，可实现固体中载流子飞秒动力学的纳米尺度成像。我们将该成像方式命名为电荷动力学电子显微术（CDEM），其利用了运动电荷所产生的太赫兹（THz）电磁近场与超快扫描透射电子显微镜中同步自由电子脉冲间的强相互作用。在不同时空坐标测得的自由电子能量使我们可直接反演 THz 近场振幅与相位，借此通过与微观理论比对重建所生成电荷的影像序列。因而，所引入的 CDEM 技术使我们能够探究此前无法触及的固体电荷动力学时空 regime，例如揭示光生电子-空穴分布在半导体内的振荡这一关于光 Dember 效应的新见解。我们的工作为利用超快电子显微术探索凝聚态中广泛此前不可及的电荷输运现象奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2206.02556,
title = {Ultrafast Electron Microscopy of Nanoscale Charge Dynamics in Semiconductors},
author = {Michael Yannai and Raphael Dahan and Alexey Gorlach and Yuval Adiv and Kangpeng Wang and Ivan Madan and Simone Gargiulo and Francesco Barantani and Eduardo J. C. Dias and Giovanni Maria Vanacore and Nicholas Rivera and Fabrizio Carbone and F. Javier García de Abajo and Ido Kaminer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.02556},
year = {2026}
}